中科大现在可以把一只蚂蚁量子传输到另一个地方吗?

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摘要

施郁(复旦大学物理学系)不能,而且在可见的将来都不能。量子隐形传态是将某个量子态(目前是极少量的量子比特的量子态)从一个载体粒子C传到远方的另一个粒子B,这需要借助于另外一个与粒子B量子纠缠的粒子A,而A和C在一起。过程是通过对A和C的局域

施郁

(复旦大学物理学系)

不能,而且在可见的将来都不能。

量子隐形传态是将某个量子态(目前是极少量的量子比特的量子态)从一个载体粒子C传到远方的另一个粒子B,这需要借助于另外一个与粒子B量子纠缠的粒子A,而A和C在一起。 过程是通过对A和C的局域测量,然后将测量结果通知控制B粒子的人,B粒子被作相应的操作,结果导致B粒子处于原来A粒子所处的量子态。

这是量子隐形传统,是对于量子粒子的操作。

蚂蚁是宏观世界中的物体,而且作为生物,是很复杂的物体。它是不是可以用量子态刻画?这个问题还没有很好地解决。

就算可以用量子态描述,那也是很多很多量子粒子的状态,而且是束缚在一起的非常复杂的量子态,即使每个粒子是一个量子比特,那也需要2^N-1个复数来描写,N至少是10^24。如果要用隐形传态传这个状态,首先需要在远方有同样多的相同的粒子,我们称之为B组,而且在蚂蚁旁边也要有另一组同样多的相同的粒子,我们称之为C组,C组和B组粒子需要恰当地纠缠。这种程度的量子操控在可见的将来是不能实现的。


中国的量子科学确实是排名靠前的,但是现在也只能把几个量子传输到另一个地方,这些量子都是微观粒子,而蚂蚁虽然小但是也是宏观生物,现在的量子技术是无法传输这么“大”的东西的。

现在的量子传输技术都是把量子“态”远程传输到另一个地方,而这个量子本身没有任何移动,而是它的状态被传输到了另一个地方,这种传输目前只能传送10比特量子信息。而构成一个蚂蚁的千千万万个原子每一个都有若干比特的信息,更要命的是蚂蚁还是活的,所以它们的原子每时每刻都在运动。

现在的量子传输只传输状态,举个例子:我用量子技术传输一个苹果,那么我手里这个苹果的所有量子态讯息都会远程传输到另一个地方,然后另一个地方的人可以根据接受到的这个苹果的量子讯息从而“重建”这个苹果,生成的这个苹果和原来的这个苹果一模一样,所以就可以说是把原来的苹果传输过来了。

但是科幻小说和科幻电影中的量子传输已经达到了把一个活生生的人远程传输到另一个地方,实现瞬间转移,这种技术在目前的我们看来无异于神迹,但是随着量子科学的一步步发展,没什么是不可能的。

我国量子科技发达,遥遥领先于其他国家,这点不可否认。而对于题主所说的把一只蚂蚁量子传输到另一个地方,恐怕就困难许多。

我国量子通信取得了巨大的发展,这是量子信息之间的传输。如果将一个量子态传输到另一个地方,还是有可能,因为我国的墨子号量子实验中量子传输实验已经得到了验证。那是因为传输双方都为量子态信息或物质。而一只蚂蚁,它的构成复杂,由无数个细胞组成,首先它是由很多很多的原子构成的,而原子本身又带有量子。所以要想将蚂蚁量子传输是根本不可能的,至少目前为止,我国还没有过细胞生物之间的传输。

再说量子之间的传输都是通过量子纠缠来实现的,而量子纠缠的发生也有数量,数量极其微小,而一只蚂蚁光细胞就数不清,更别说其中的量子比特数量了,所以蚂蚁的传输就显得有点遥遥无期了。

设想总是好的,传输细胞现在虽然还不可能,但不代表未来不可能,也许再过多少年后,这个问题就会实现了。

不可以。

量子是近几年被人们讨论最多的话题。

现在,有很多科技巨头竟逐“量子霸权。"量子霸权”指的是拥有超越所有经典计算机的计算能力。比如谷歌。有三名科学家在《自然》杂志上发表文章,表示谷歌已经实现了“量子霸权”。也就是说以后的计算机很可能都是“量子计算机”。

量子计算机的速度非常快,打个比方说,普通计算机需要一万年时间来执行的任务,量子计算机处理器大概只花了200秒就可以完成等效的任务。

虽然谷歌实现了“量子霸权”,但是并不意味它可以在实际应用中替代经典计算机。所以“量子霸权”不应该作为权衡量子领域进展的指标。真正的量子时代非常遥远,而量子计算机想在商业上落地,还需要持续研发。可以说“量子霸权”问题没有任何实际应用价

值。

那么我国在量子科技上取得了哪些成绩呢?在国际上又处在怎样的位置呢?

这不得不提2016年8月16日发射的墨子号科学实验卫星。
我国的量子科技在国际上被称为取得了领先的地位。现在已经实现了很多非常伟大的发现。现在正处在飞速发展的阶段,尤其是中科大量子信息实验。

我国在世界上首次实现了卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信的科学实验体系。实现了国家信息安全和信息技术水平跨越提升。

这就是“量子隐形传态”。
量子隐形传态是一种传递量子状态的重要通信式,通俗来讲就是:将甲地的某一粒子的未知量子态,在乙地的另一粒子上还原出来。

量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理,限制我们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来。因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分,它们分别由经典通道和量子通道送到乙地。根据这些信息,在乙地构造出原量子态的全貌。

中科大的潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等和奥地利维也纳大学塞林格小组合作,在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态。
这是自1997年实现二维量子隐形传态实验以来,科学家第一次在理论和实验上把量子隐形传态扩展到任意维度,为复杂量子系统的完整态传输以及发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。

潘建伟和同事们首次实现了独立光子偏振态的量子隐形传态的实验验证,迄今为止,所有的量子隐形传态实验都局限于量子态的二维子空间。

也就是说将一个量子态传输到另一个地方是可以实现的,这是由于传输双方都是量子态信息或物质。

而对于蚂蚁这样的有很多细胞生物之间的传输,和物质相比,可以说蚂蚁构成非常复杂,有数不清的细胞,细胞由原子构成,而每个原子又带有量子,量子之间的传输都是通过量子纠缠来实现的,而量子纠缠的发生的数量极其微小,所以传输蚂蚁在未来很长一段时间都无法实现。

虽然暂时还无法实现生物的量子隐形态的传输。由于高维量子态的隐形传态作为完整传输一个量子系统的最后一个待解决挑战,由于其可行性理论方案和实验技术上的双重困难,虽然一直悬而未决。但相信未来一定可以实现。

科幻电影中经常出现的桥段就是人体的远距离传输呢。你在一个星球上面,只要信号对接上,就可以从星球直接传输到飞船上。这里应用到的技术,就是量子隐形态传输技术。

中科大的潘建伟院士,在量子传输领域的研究,可以说是走在了世界前列。创造了最远的量子自由传输距离和最大比特的量子纠缠态制备。那么,基于这些研究结果,目前可以实现小物体的远距离传输吗?

我想,这个答案可能会令很多人失望。答案是不能,而且绝对不能。

我们都知道,利用量子隐形态想要把一个物体A传输到另外一个地方,不是传输的物体A本身,而是传输物体A的信息,把组成物体A的所有粒子的量子态一个一个进行测量,然后再把这些信息通过和纠缠态的量子相互作用,瞬时把这些信息传输到目的地的纠缠态量子上面,这样,目的地的纠缠态量子就相当于重新组成了一个物体A,也这就相当于在目的地利用纠缠的量子完美地复制了一个和物体A一模一样的物体B。虽然组成物体B的所有粒子的量子态和物质A一模一样,但是组成物体B的这些粒子却并不是以前组成物质A的粒子了。所以,物质B只是A的完美复制品,理论上和物质A并不是一个物体。同时,为了避免出现两个一模一样的物体,量子传输物体的时候认为,在测量物体A的所有量子信息时,必须把物质A完全分解。试想一下,如果在测量和传输过程中突然停止,那将是灾难性的后果。

知道这些传输的基本知识,我们就可以看看传输蚂蚁为何目前不能做到:

目前为止,最大的量子纠缠态也就是18量子比特,你要想将蚂蚁身上的所有量子信息一股脑的全传过去,那至少得万亿亿亿亿的比特信息,这就需要你制备万亿亿亿亿个纠缠态的量子对。同时,这些纠缠态的量子对还不能只是光子,因为蚂蚁不是光子组成啊,是由很多个原子组成的。你得制备纠缠的质子对、中子对、电子对等等。这在现代,距离实现还差十万八千里。并且,一个粒子的量子态具有多个状态,如何实现个个态的相互纠缠,也是一个难题。潘建伟院士实现的只是单个光子三个量子态的纠缠,单个光子更多自由态的纠缠技术,还有待突破。

当然,这些技术,对于简单的量子通信来说,或许已经初步够用。但是,对于传输具有无数量子态动物来说,却显得完全不够用。

喜欢我的回答,记得关注一下,总有你想要的~

根本就不可以,甚至100年内都做不到这样的事情。

如果可以把蚂蚁传到另一个地方,这个消息早就在全世界沸腾了,这是人类从来未有过的壮举,这意味着人类掌握了孙悟空的瞬间移动技术,也意味着人类掌握了物质从原子级别重构技术,那么人类还需要工作吗?早就共产主义了,要什么东西就可以在原子级别合成了。那么人类就达到神级文明了,我个人认为这样的技术甚至在一千年内都很难达到。

中科大的量子通信的确很厉害,但是你知道量子通信是什么吗?量子通信不是用量子纠缠进行信息传递,量子纠缠也传递不了信息。量子通信的全称是量子加密通信,主要是利用量子不可克隆和测量坍缩的特点对传统电磁信息进行绝对加密。量子通信的名称的确有很大的诱导性。

可能题主感觉蚂蚁那么小,传递个小蚂蚁有什么困难的。目前量子隐形传送的水平还仅仅停留在单个粒子上,连一个原子都传送不了。

你知道一个微观粒子和蚂蚁的物质量差别有多大吗?

我形象地计算一下,方便题主直观理解。我们按照电子1×10∧-15m的半径为例,蚂蚁的直径大概在数量级上是毫米级别,大概是1×10∧-3m,微观粒子的大小和蚂蚁差了12个数量级,是百亿倍的差距。

蚂蚁的质量按照50mg计算,也就是5×10∧-5kg,而电子的质量约为9.1×10∧-31kg。蚂蚁的质量比电子质量高出了26个数量级。

如果转移一个电子用1秒,那么转移一个蚂蚁大概需要 10∧26次方秒,也就是需要3亿亿年。宇宙才138.2亿年。

特别注意,量子纠缠并不可以传递信息,我们只是测量纠缠态粒子的信息,再通过电磁波发射出这些信息到另一个地方,我们解读出来再重新组建这个物体。

而且传送物质,要把组成这个物质的内所有原子,自由电子,其他基本粒子的所有信息记录下来,除非是量子计算机,现在的电子计算机根本就无法胜任这么巨大的工作量。

通过扫描物体内部的原子组成信息再重新组建的方式在目前看来根本没有任何希望,除非人类研究出超级量子计算机,才有可能在数据运算上不拉后腿。

中科大目前做好量子加密通信和单粒子隐态传送就行了,分子级别以上的物质传送很难在本世纪完成,更何谈蚂蚁。

量子技术对应的是微观粒子,典型的粒子就是光子和电子,对于原子以上的物体来讲很难显示出所谓的量子效应。量子传送蚂蚁等生命体,这还属于科幻级别的想法。

目前可以实现对微观粒子如光子的量子隐形传送,把粒子A具有的信息,例如自旋等传递给其他粒子C。但是需要通过一个中间粒子B来实现传递,最终达到C粒子具有与A粒子相同的量子态。重点在于,A粒子并没有任何移动,只是它的量子状态已经传递给C。

对于原子以上尺度的物体传送,我们只能说未来有可能,但没人知道什么时候能够实现。即使是构成生命的DNA,蛋白质这样的大分子传送,也没有时间表。

你也可以想象这些蛋白质等分子是由大量原子组成,有数以万亿计的信息进行传递,这需要的处理时间是海量的。更不要说一只完整的蚂蚁,或者一个大活人,这还只能存在科幻作品中。

题目这种“厉害了我的国”完全是一种阿Q精神作怪,既不懂量子力学,又喜欢大言不惭。

所谓量子纠缠现象是指一对有纠缠态的量子,把它们分开,分到很远的距离,甚至无限远,它们的这种性质也还保留着,它们还是纠缠着,这边发生了什么变化,那边就会同时发生变化。

量子纠缠着的量子只是有一种目前不为人知的传递方式,以无比迅捷的速度影响着自己的另一半,人们无法知道这是一种什么样的方式,它也不会夹带人类的私货,因此被视为这种纠缠并不能携带任何信息。

所以所谓的量子通讯并不是用量子来实现量子速度的通讯,而是采用量子的不确定性原理,采用量子分发方式的隐形传输,以提高通讯的保密程度,而不是把物体传送到很远的地方。

量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象,在经典力学里,找不到类似的现象。经典力学是描述宏观低速状态下事物的,蚂蚁就是一种宏观事物,怎么能够采用量子态来类比呢?

那么宏观的物质在未来可以隔空传送吗?目前的科幻作品就有很多这方面的描述。

时空通讯认为,当人类文明发展道较高阶段时,这种梦想是有可能实现的。

这个设想是基于物质可以分解和重组的理论。

我们知道,世界上所有物质都是由原子和分子组成的,当科学水平非常牛的时候,我们有理由相信可以任意的把物质分解为分子或者原子,甚至基本粒子,通过能量的传输,把它们隔空送到很远的地方,重新组装,就能复原各种物质,甚至包括生命。

在科幻影视《星际迷航》里,人的传输大概就是采用这种理论。

但这是一个神级技术,只有人类文明发展到二型恒星级文明以上时,才有可能触及。但愿人类不要在发展进程中被天灾人祸所中断。千万年后,这种梦想或许能够实现。

但现在就认为这个技术已经可以实现了,真是不知天高地厚。

时空通讯观点,欢迎讨论点评。

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很显然是不能,不过这个问题肯定和量子纠缠有关系,我简单的解释一下好了,比如说现在有一对粒子,这对粒子分别是粒子A和粒子B,假设我们把粒子A和粒子B分开。

粒子A放在地球,粒子B放到银河系之外,这个时候我们测一下粒子A,假如说这个粒子A的状态是上,我们立刻就知道粒子B是下。

但这里的问题就在于,在我们测量粒子A之前,粒子A的状态是不确定的,它有可能是上,也有可能是下。

但一旦我确定了粒子A状态,粒子B的状态就立刻清楚了,例如粒子A如果是上,粒子B就是下,而粒子A如果是下,粒子B就是上,但粒子B是怎么知道粒子A发生了变化,导致了它也发生了对应的变化呢?

这个问题在过去的某一段时间是无解的,因为这两个粒子之间作用是瞬时的,这显然违反了光速不可超越的理论,就连爱因斯坦都想不明白。

但后来有人给出了一个答案,这两个粒子实际上是一体的,这就好像一双皮鞋,如果你把其中一只丢到银河系以外,另外一只放在地球上,如果地球上的这只皮鞋是左脚,你立刻就能知道银河系外面的是右脚。

这个皮鞋的例子告诉我们,这两只皮鞋虽然距离很远,但它们之间没有发生信息的传递,所以指望将蚂蚁量子化,然后传递到另外一个地方,目前是不靠谱的。

那么真正的量子传输,传递的实际上是量子态,简单的说就是将粒子A的量子态,传给银河系之外的粒子B,让粒子B变成粒子A。

最后量子力学还是比较复杂的,人们至今还有许多未知的地方等待研究,所以这个问题很难说,我个人觉得很难……

电视剧能量子力学不能,电视剧往往穿越到秦汉!量子物理力学能把人送到外太空?

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